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" 3xûleur à tube at#r:.is6W:-. "
La présente invention concerne un procédé de chauffage des fours industriels et un appareil utilisé pour mettre en oeuvre ledit procédé. Plus particulièrement la présente inven- tion concerne un procédé permettant de fournir un 'courant ato- misé, préablement chauffé d'un combustible liquide convenant pour le chauffage de fours industriels.
Le combustible liquide utilisé pour le chauffage des fours tel que les fours à sole, est habituellement atomisé par un gaz chaud sous pression avant d'être brûlé. Attendu que la vapeur d'eau est facilement disponible, elle a été couramment utilisée.
On a essayé d'autres gaz comprimés tel que l'air, un gaz natu- rel, un gaz de four à coke et de hauts fourneaux avec des degrés; relatifs de succès.
L'atomisation.par la vapeur d'eau, tout en offrant cer- ;' tains avantages pratiques, présente certains inconvénients très importants qui sont attribués principalement à l'absorption de la chaleur sensible par la vapeur d'eau et à la perte de chaleur due à la dissociation chimique à la température élevée d'une partie de la vapeur d'eau. Ces pertes associées à l'uti- lisation de la vapeur d'eau ont tendance à diminuer la tempéra-
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ture maximum de la fiasse et par suite le rayonnement thermi- que au bain ou à la masse fondue.
Suivant la présente invention, un procédé permettant de consiste fournir un courant atomise, prealelement chauffe, de combustible à former un mélange de combustible pri...aire et d'un oxydent, brûler le mélange dans une zone de combustion, à évacuer les produits chauds de la combustion à travers un étranglement pour augmenter leur vitesse au-dessus de la vitesse de propa- gation de la flamme, à faire passer les produits d'évacuation de combustion chauds, à une vitesse supérieure à 0,5 mach, dans une zone de traitement dans laquelle un courant de com- bustible principal est injecté, à chauffer préablement et à finement pulvériser ce courant de combustible et à évacuer le courant finement pulvérisé préablement chaullé.
Dans l'appareil de la présente invention, la vitesse des produits de combustion chauds passant de lazone de combustion dans la zone d'atomisation est supérieure 1. la vitesse de pro- pagation de la flamme. On obtient cette action en nrévoyant un étranglement entre la chambre de combustion, qui présente un plus grand diamètres, et la zone de traitement, qui présente un plus petit diamètre.
D'autres buts consistent à améliorer le mélange du com- bustible primaire et de l'oxydant afin qu'il ne pénètre dans la chambre de combustion,, à fournir un centre riche en combus- tible au voisinage de la face du mélangeur à atomiser partiel- lement et mécaniquement le combustible liquide principal avant qu'il ne soit traité par les produits de combustion cnauds, et à améliorer le refroidissement du brûleur, en particulier de l'étranglement. Dans ce but,on prévoit un mélangeur facilement amovible,-présentant des trous multiples ayant des orifices restreints dans l'entrée de l'oxydant en avant de l'entrée du combustible.
Une entrée pour un combustible non mélangé est prévue au centre du groupe, le combustible liquide est injecté sous la forme de pulvérisation transversale en forme d'éventail à partir d'ajutages elliptiques situés dans la zone d'atomisa-
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tion, et une chemise d'eau ayant une surface de section trans- versale constante entoure toute la longueur du brûleur.
Sur les dessins :
La figure 1 est une vue schématique d'un four à sole,le brûleur étant en fonctionnement, et montre des conduites d'ali- mentation du système de fluide.
La figure 2 est une coupe longitudinale à travers un brûleur à tube atomiseur suivant la présente invention et des- tiné à mettre en oeuvre son procédé.
La figure 3 est une vue de face du mélangeur amovible ; et
La figure 4 est une coupe partielle du mélangeur amovible suivant la ligne A-A de la figure 3.
Le brûleur représenté sur la figure 2 présente une cham- bre de combustion qui est construite pour la combustion sensi- blement complète de 1415 m3 nar heure d'air et de 141,5 m par heure de gaz naturel, qui sont brûlés dans les proportions ré- glées de 10 parties d'air pour une partie de gaz. Dans ce cas particulier la chambre de combustion présente un diamètre de 143 mm et une longueur de 237 mm. L'air et le gaz naturel sont mélangés dans un mélangeur amovible enfilé dans la partie posté- rieure de la chambre de combustion. Les divers passages sont conçus pour assurer une chute de charge minimum de 0,35 kg/cm2 pour le débit donné.
Le cylindre ou tube atomiseur du brûleur est construit à l'aide d'un tube ayant un diamètre¯interne de 53,375 mm, et une longueur de 236,25 mm. Dans les conditions de débit ci- dessus et avec ce diamètre de cylindre particulier, la vitesse des produits de combustion chauds dans le cylindre est une vitesse sonique, supérieure à 0,5 Mach.
Le brûleur représenté sur la figure 2 comprend un boîtier allongé entourant une chambre de combustion 17 de diamètre @e- lativement grand une gorge ou section d'étranglement 18 et un tube atomiseur 20 de plus petit diamètre. Un mélangeur de com- bustible 3, représenté en détail sur les figures 3 et 4, est en-
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filé dans la partie postérieure de la chambre 17.
Le mélangeur de combustible 3 est de construction entiè- rement soudée, présentant un passage d'admission axial 5 du combustible et ayant des passages radiaux 7 pour le combustible qui le déchargent dans des orifices 9 de gaz mixte. L'oxydant est introduit dans le mélangeur 3 par une conduite 11 et un collecteur 13. Ce dernier consiste en une chambre annulaire excentrique disposée de façon que sa paroi inférieure soit presque de niveau avec l'orifice de gaz mixte le plus bas. Le but de cette excentricité est d'empêcher l'accumulation du .combustible liquide dans l'espace annulaire. Ceci empêche une obstruction et une cokéfaction du mélangeur 3 attendu que le combustible liquide s'accumule dans l'espace annulaire chaque fois que le combustible est admis et que le jet est interrompu.
A l'extrémité d'entrée de l'oxydant, des orifices de gaz mixte 9, se trouve un orifice de plus petit diamètre 15. Une chute de pression minimum est nécessaire à travers les orifi- ces de gaz mixte 9 pour empêcher une combustion à turbulence brutale. Si l'accumulation de vibration est suffisamment grande la combustion à l'intérieur de la chambre 17 s'éteint. Des essais indiquent qu'une chute de pression de 0,35 kg/cm2 est avantageuse pour obtenir une stabilité d'écoulement et de flamme.
Le passage axial 5 se termine par l'orifice coaxial de plus petit diamètre 19. Pendant le fonctionnement, la flamme de gaz mixte de l'oxydant et du combustible brûle à une dis- tance importante de la face du mélangeur 3. Le rôle de l'ori- fice 19 est de fournir un centre riche en combustible au voi- sinage immédiat de la face du mélangeur 3. On a constaté que ce centre riche en combustible aide à stabiliser la flamme et augmente les limites du rapport de l'oxydant au combustible.
Les figures 3 et 4 représentant das détails de construc- tion du mélangeur du combustible de la forme de réalisation préférée. Les seize orifices 9 sont agencés de façon que douze
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d'entre eux soient également espacés de 30 sur un anneau externe et quatre scient espacés de façon alternée de 15 et de 45 au-dessus et au-dessous de l'horizontale dans un cercle interne. Cet agencement fournit une flamme stable et permet le fonctionnement avec une gamme très étendue de rap- 'port de l'oxydant au combustible. La limite riche en combusti- ble est de 5 : 1 et la limite riche en oxydant est de 20 : 1.
Four empêcher le surchauffage, on refroidit à l'eau le mélangeur 3. L'eau, de refroidissement pénètre dans une cham- bre annulaire 23 par un passage d'admission 21, circule dans le sens dextrorsum à travers la chambre et sort par le passage d'évacuation 25. Une chicane 41 est 'disposée dans la chambre annulaire entre le pas.:age d'admission et le passage d'éva- cuation.
On admet un oxydant tel que de l'air et un combustible primaire tel qu'un gaz naturel ou un. Gaz de four à coke dans la chambre de combustible 17 où a lieu l'allumage et la com- bustion de l'air et du Gaz mélangés dans les orifices de flam- me 9. La section d'étranglement 18, immédiatement après la chambre de combustion 17 fournit un noyen permettant de main- tenir la flapie du jet dans la chaire de combustion, attendu que la vitesse de sortie est supérieure à la vitesse de pro- pagation de la flamme à base d'air'et de gaz. La nécessité d'une section étranglée augmente à mesure que la teneur en oxygène de l'oxydant diminue.
Le combustible principal à traiter, tel que des hydro- carbures liquides est introduit dans le brûleur par une con- duite 29 à partir de laquelle il passe dans un collecteur 31 puis dans un ou plusieurs ajutages de pulvérisation elliptiques 27 disposés dans le tube atomiseur 20. Cet orifice type dif- fuse le combustible en une pulvérisation transversale en force d'éventail. Le jet d'atomisation vient frapper une plus grande surface de matière, de sorte que l'efficacité d'atomisation est améliorée.
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Les produits chauds de combustion sortant de la Ci.3!::0:::-0 de combustion à unetemperature élevée par la section @@@- glée 18 et viennent au contact de la matière d'atomisation pulvérisée à partir des orifices 27 à une vitesse sonique ou proche de cette dernière, et lui communiquent une vitesse longitudinale.
On fait circuler de l'eau de refroidissement à travers la chemise d'eau s'étendant le long du côté externe de la chambre de combustion 17de l'étranglement 18 et du tube atomiseur 20. L'eau, de refroidissement passe d'une entrée 38 débouchant dans une chambre annulaire 40 entourant le mélan- geur 3, puis à travers la chemise d'eau 32 et dans une cham- bre annulaire 34, entourant l'extrémité de sortie du tube 20, et sort par le tube d'évacuation d'eau 36. 11.300 litres d'eau par heure sous une pression de 1,54 kg/cm2 sont nécessaires en raison des températures élevées qui règnent dans la chambre de combustion 17 du brûleur à jet et également dans l'étran- glement 18.
On remarquera que la distance radiale comprise entre les parois interne et externe de la chemise d'eau est supé- rieure dans la région du tube 20 que dans la région de la plue; grande chambre de combustion 17. Ceci est nécessaire pour fournir une surface de section transversale constante dans l'ensemble de la chemise d'eau, de façon à garantir un refroi- dissement rapide de l'étranglement 18 ainsi que de la chambre de combustion 17. En outre, le refroidissement efficace du tube 20 refroidit également le collecteur de matière d'atomi- sation 31 et empêche un dépôt de carbone p5.r la combustion du combustible.
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"3x tube burner at # r: .is6W: -."
The present invention relates to a method of heating industrial furnaces and to an apparatus used to carry out said method. More particularly the present invention relates to a method for providing an atomized, pre-heated stream of a liquid fuel suitable for heating industrial furnaces.
The liquid fuel used for heating furnaces such as hearth furnaces is usually atomized with hot gas under pressure before being burned. Since water vapor is readily available, it has been commonly used.
Other compressed gases such as air, natural gas, coke oven and blast furnace gas have been tried with degrees; relative success.
Atomization. By water vapor, while providing cer-; ' Some practical advantages, has some very important disadvantages which are attributed mainly to the absorption of sensible heat by the water vapor and the heat loss due to the chemical dissociation at the high temperature of a part of the vapor of water. 'water. These losses associated with the use of water vapor tend to decrease the temperature.
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maximum strength of the fiasse and consequently the thermal radiation in the bath or in the molten mass.
According to the present invention, a method for comprising supplying an atomized, pre-heated stream of fuel to form a mixture of primary fuel and an oxidant, burning the mixture in a combustion zone, discharging the products of combustion through a throttle to increase their speed above the flame propagation speed, to pass the hot combustion exhaust products, at a speed greater than 0.5 mach, in a processing zone into which a main fuel stream is injected, to preheat and finely pulverize this fuel stream and to discharge the finely pulverize pre-heated stream.
In the apparatus of the present invention, the rate of hot combustion products passing from the combustion zone into the atomization zone is greater than the rate of propagation of the flame. This action is obtained by providing a constriction between the combustion chamber, which has a larger diameter, and the treatment zone, which has a smaller diameter.
Other objects are to improve the mixing of the primary fuel and the oxidant so that it does not enter the combustion chamber, to provide a fuel-rich center in the vicinity of the face of the mixer to be atomized. partially and mechanically the main liquid fuel before it is processed by the starved combustion products, and to improve the cooling of the burner, in particular of the throttle. For this purpose, an easily removable mixer is provided, having multiple holes having restricted orifices in the inlet of the oxidant in front of the inlet of the fuel.
An inlet for unmixed fuel is provided at the center of the group, the liquid fuel is injected as a fan-shaped cross spray from elliptical nozzles located in the atomization zone.
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tion, and a water jacket having a constant cross-sectional area surrounds the entire length of the burner.
On the drawings:
Figure 1 is a schematic view of a hearth furnace with the burner in operation and shows supply lines for the fluid system.
FIG. 2 is a longitudinal section through an atomizer tube burner according to the present invention and intended to carry out its method.
Figure 3 is a front view of the removable mixer; and
Figure 4 is a partial section of the removable mixer along the line A-A of Figure 3.
The burner shown in Figure 2 has a combustion chamber which is constructed for the substantially complete combustion of 1415 m3 per hour of air and 141.5 m3 per hour of natural gas, which are burnt in the proportions set at 10 parts air to one part gas. In this particular case, the combustion chamber has a diameter of 143 mm and a length of 237 mm. The air and natural gas are mixed in a removable mixer inserted into the rear part of the combustion chamber. The various passages are designed to ensure a minimum head drop of 0.35 kg / cm2 for the given flow rate.
The burner atomizer cylinder or tube is constructed using a tube having an internal diameter of 53.375mm, and a length of 236.25mm. Under the above flow conditions and with this particular cylinder diameter, the velocity of the hot combustion products in the cylinder is a sonic velocity, greater than 0.5 Mach.
The burner shown in Figure 2 comprises an elongated housing surrounding a combustion chamber 17 of relatively large diameter, a throat or throttle section 18 and an atomizer tube 20 of smaller diameter. A fuel mixer 3, shown in detail in Figures 3 and 4, is included.
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spun in the posterior part of the chamber 17.
The fuel mixer 3 is of fully welded construction, having an axial inlet passage 5 for the fuel and having radial passages 7 for the fuel which discharge it into mixed gas ports 9. The oxidant is introduced into the mixer 3 through a pipe 11 and a manifold 13. The latter consists of an eccentric annular chamber arranged so that its lower wall is almost level with the lowest mixed gas port. The purpose of this eccentricity is to prevent the accumulation of liquid fuel in the annulus. This prevents clogging and coking of mixer 3 as liquid fuel accumulates in the annulus each time fuel is admitted and the jet is discontinued.
At the oxidant inlet end, mixed gas ports 9, there is a smaller diameter port 15. A minimum pressure drop is required across the mixed gas ports 9 to prevent combustion. with brutal turbulence. If the vibration accumulation is sufficiently large, the combustion inside the chamber 17 is extinguished. Tests indicate that a pressure drop of 0.35 kg / cm2 is advantageous to achieve flow and flame stability.
The axial passage 5 ends with the coaxial orifice of smaller diameter 19. During operation, the mixed gas flame of the oxidant and the fuel burns at a considerable distance from the face of the mixer 3. The role of port 19 is to provide a fuel-rich center immediately adjacent to the face of mixer 3. This fuel-rich center has been found to help stabilize the flame and increase the oxidant ratio limits. fuel.
Figures 3 and 4 show constructional details of the fuel mixer of the preferred embodiment. The sixteen orifices 9 are arranged so that twelve
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of them are evenly spaced 30 apart on an outer ring and four saws alternately spaced 15 and 45 apart above and below the horizontal in an inner circle. This arrangement provides a stable flame and allows operation with a very wide range of oxidant to fuel ratio. The fuel rich limit is 5: 1 and the oxidant rich limit is 20: 1.
Oven to prevent overheating, the mixer 3 is cooled with water. The cooling water enters an annular chamber 23 through an inlet passage 21, flows in the dextrorsum direction through the chamber and exits through the chamber. discharge passage 25. A baffle 41 is disposed in the annular chamber between the inlet pitch and the outlet passage.
We admit an oxidant such as air and a primary fuel such as natural gas or a. Coke oven gas in the fuel chamber 17 where the ignition and combustion of the air and gas mixed in the flame orifices takes place 9. The throttle section 18, immediately after the chamber The combustion chamber 17 provides a nucleus to maintain the flap of the jet in the combustion pulpit, since the exit speed is greater than the speed of propagation of the air and gas based flame. The need for a constricted section increases as the oxygen content of the oxidant decreases.
The main fuel to be treated, such as liquid hydrocarbons, is introduced into the burner through a pipe 29 from which it passes into a manifold 31 and then into one or more elliptical spray nozzles 27 arranged in the atomizer tube 20. This typical orifice diffuses the fuel in a transverse fan-force spray. The atomization jet strikes a larger area of material, so that the atomization efficiency is improved.
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The hot combustion products exiting the high temperature combustion Ci.3! :: 0 ::: - 0 through section @@@ - glue 18 and come into contact with the atomizing material atomized from the orifices 27 at or near a sonic speed, and communicate a longitudinal speed to it.
Cooling water is circulated through the water jacket extending along the outer side of combustion chamber 17, throttle 18 and atomizer tube 20. The cooling water passes from one side to the other. inlet 38 opening into an annular chamber 40 surrounding the mixer 3, then through the water jacket 32 and into an annular chamber 34, surrounding the outlet end of the tube 20, and exits through the tube of water evacuation 36. 11,300 liters of water per hour at a pressure of 1.54 kg / cm2 are required due to the high temperatures in the combustion chamber 17 of the jet burner and also in the throttle 18.
Note that the radial distance between the inner and outer walls of the water jacket is greater in the region of the tube 20 than in the region of the plue; large combustion chamber 17. This is necessary to provide a constant cross-sectional area throughout the water jacket, so as to ensure rapid cooling of the throttle 18 as well as the combustion chamber 17. Further, the efficient cooling of the tube 20 also cools the atomizing material collector 31 and prevents carbon deposition by the combustion of the fuel.